ES2534709A1

ES2534709A1 - Flexible reservoir of regulated constant depth underwater compressed air (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2534709A1
Application number: ES201401002A
Authority: ES
Inventors: Enrique GONZÁLEZ BLANCO
Original assignee: Individual
Current assignee: ENRIQUE GONZALEZ BLANCO
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: ES2534709B2

Abstract

Flexible tank of regulated constant depth underwater compressed air, consisting of a flexible container (1) that stores compressed air inside it at a pressure determined by the depth of establishment thereof. The depth of establishment is maintained by a ballast (2) attached to the flexible container (1), compensating for its buoyancy variations in the loading and unloading operations of the compressed air it stores, by varying the hydrostatic thrust, produced by the variation of volume, in a buoyancy system (6) that is transmitted using cables (7). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada Flexible tank of underwater compressed air of constant regulated depth

Objeto de la invención Object of the invention

La invención se refiere a un nuevo tipo de depósito de aire comprimido flexible, para el almacenamiento de energía bajo el agua. The invention relates to a new type of flexible compressed air reservoir for the storage of energy under water.

La principal característica innovadora consiste en que se encuentra sumergido a una profundidad constante mediante un sistema de regulación de su flotabilidad. The main innovative feature is that it is submerged at a constant depth through a buoyancy regulation system.

Campo de aplicación de la invención Field of application of the invention

La invención se encuadra en el sector de la producción de energía y dentro de éste en el almacenamiento de la energía. The invention falls within the sector of energy production and within it in the storage of energy.

Antecedentes de la invención Background of the invention

Actualmente en el estado de la técnica existen tres sistemas de almacenar la energía. En primer lugar, las baterías eléctricas. Estas son caras y con una vida operativa muy limitada. En segundo lugar, las centrales de bombeo. Estas son muy efectivas almacenando energía pero carece de movilidad, tienen un gran impacto ambiental y necesitan elevadas inversiones. En tercer lugar, el almacenamiento de energía mediante aire comprimido. Este es el sistema más efectivo, es barato, se instala en cualquier zona y se realiza en cualquier tamaño, con un rendimiento energético aceptable. No obstante, si el almacenamiento de energía mediante aire comprimido se realiza por medio de recipientes o recintos rígidos, la presión almacenada disminuye según el aire es extraído, degradándose la calidad energética del aire restante almacenado. There are currently three systems of storing energy in the state of the art. First, the electric batteries. These are expensive and with a very limited operational life. Second, the pumping stations. These are very effective in storing energy but lack mobility, have a great environmental impact and need high investments. Third, the storage of energy by compressed air. This is the most effective system, it is cheap, it is installed in any area and is made in any size, with an acceptable energy efficiency. However, if the storage of energy by compressed air is carried out by means of rigid containers or enclosures, the stored pressure decreases as the air is extracted, degrading the energy quality of the remaining stored air.

Con el fin de evitar este problema, en estos últimos años, se han desarrollado unas bolsas flexibles sumergidas ancladas al fondo marino. La presión a la que se encuentra sometido el aire almacenado en la bolsa flexible, depende de la profundidad a la que está fijada al fondo. Si el aire se extrae de la bolsa, el aire restante se mantiene siempre a la presión determinada por la profundidad de operación. Sin embargo, este sistema tiene dos desventajas. La primera, consiste en el anclaje de la bolsa al fondo marino. Si ésta tiene un elevado volumen, debido al empuje del aire almacenado, son necesarios unos anclajes con cimientos profundos con el objeto de sujetar la bolsa. La segunda, estos anclajes impiden la movilidad de la bolsa. La tercera, la bolsa no se puede establecer a gran profundidad, debido a la dificultad de su anclaje y por lo tanto no pueden almacenar aire a grandes presiones. In order to avoid this problem, in recent years, submerged flexible bags anchored to the seabed have been developed. The pressure to which the air stored in the flexible bag is subjected depends on the depth to which it is fixed to the bottom. If the air is removed from the bag, the remaining air is always maintained at the pressure determined by the depth of operation. However, this system has two disadvantages. The first is the anchoring of the bag to the seabed. If it has a high volume, due to the thrust of the stored air, anchors with deep foundations are necessary in order to hold the bag. The second, these anchors prevent the mobility of the bag. The third, the bag cannot be established at great depth, due to the difficulty of its anchoring and therefore can not store air at high pressures.

Sería por tanto deseable, encontrar un sistema de almacenar aire que resolviera los problemas reseñados. It would therefore be desirable to find an air storage system that solved the problems outlined.

Para lo cual la presente invención soluciona los citados problemas, combinando las siguientes características. Emplea una bolsa flexible de almacenamiento de aire comprimido, que se encuentra sumergída a una profundidad mantenida estable por medio de un lastre. Las variaciones de flotabilidad, en las operaciones de carga y descarga, son compensadas utilizando un anillo de flotabilidad. La invención se equipa con un sistema de remolque con el objeto de ser trasladada hacia cualquier punto de descarga del aire almacenado. For which the present invention solves the aforementioned problems, combining the following characteristics. It uses a flexible compressed air storage bag, which is submerged at a stable maintained depth by means of a ballast. Buoyancy variations, in loading and unloading operations, are compensated using a buoyancy ring. The invention is equipped with a towing system in order to be moved to any point of discharge of stored air.

Todas estas características, consiguen el almacenamiento de aIre comprimido a cualquier presión requerida, fundamentalmente a elevadas presiones, por medio del establecimiento de la invención a gran profundidad y en cualquier zona del mar o lagos. Se posibilita también, el traslado de la invención con su carga de aire a elevada presión hacia puntos de descarga de este aire. All these characteristics achieve the storage of compressed air at any required pressure, mainly at high pressures, through the establishment of the invention at great depth and in any area of the sea or lakes. It is also possible to move the invention with its high pressure air load to discharge points of this air.

Por parte del solicitante se desconoce la existencia de alguna invención que reúna las novedosas características presentes en la invención aquí propuesta y cuyos elementos caracterizadores se detallan a continuación. On the part of the applicant, the existence of some invention that meets the novel features present in the invention proposed here and whose characterizing elements are detailed below is unknown.

Description of the invention

El depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada, consiste en un recipiente construido en un material flexible que contiene aire comprimido en su interior como sistema de almacenaje de energía. La presión del aire comprimido viene determinada por la profundidad a la que la invención esté establecida, debido a que la presión del agua del mar se transmite, a través de las paredes flexibles de la invención, al aire almacenado en su interior. El aire comprimido se introduce y se extrae de la invención a través de un medio de conducción de gases, como por ejemplo una tubería flexible. The flexible tank of underwater compressed air of constant regulated depth, consists of a container constructed of a flexible material that contains compressed air inside as an energy storage system. The pressure of the compressed air is determined by the depth at which the invention is established, because the pressure of the sea water is transmitted, through the flexible walls of the invention, to the air stored therein. Compressed air is introduced and extracted from the invention through a gas conduction means, such as a flexible pipe.

La invención, al desplazar un volumen de agua igual a su volumen, crea una fuerza de empuje, el cual debe ser anulado, mediante la fuerza del peso de un lastre, de una masa igual a la masa de agua desalojada, con el fin de mantener la profundidad de establecimiento. Como el volumen de agua desalojado varía a la par que el volumen de aire comprimido almacenado, debido a la flexibilidad de la invención, sería necesario modificar el peso del lastre en los procesos de carga y descarga. Esta modificación se evita al disponer la invención de un sistema de flotabilidad. Este consiste en un medio de flotabilidad, como por ejemplo un anillo de flotabilidad, realizado en un material flexible, que al introducir o extraer aire comprimido de su interior, a través de un medio de conducción de gases como por ejemplo una tubería flexible, aumenta o disminuye de volumen. Esta variación de volumen del anillo de flotabilidad es de distinto signo que la variación de volumen del depósito flexible y se compensan entre si. El anillo de flotabilidad se sitúa sumergido, cerca de la superficie, por encima del depósito flexible y por lo tanto necesita una presión de inflado menor que la presión de operación del depósito flexible. The invention, by displacing a volume of water equal to its volume, creates a pushing force, which must be annulled, by force of the weight of a ballast, of a mass equal to the mass of water dislodged, in order to Maintain the depth of establishment. As the volume of water dislodged varies as the volume of compressed air stored, due to the flexibility of the invention, it would be necessary to modify the weight of the ballast in the loading and unloading processes. This modification is avoided by providing the invention of a buoyancy system. This consists of a buoyancy medium, such as a buoyancy ring, made of a flexible material, which by introducing or extracting compressed air from its interior, through a gas conduction means such as a flexible pipe, increases or decrease in volume. This variation in the volume of the buoyancy ring is of a different sign than the variation in the volume of the flexible tank and they compensate each other. The buoyancy ring is submerged, near the surface, above the flexible tank and therefore needs a lower inflation pressure than the operating pressure of the flexible tank.

La figura l muestra el esquema de fuerzas aplicadas sobre la invención. El peso del lastre y de la invención es P. El empuje producido por el aire almacenado es El. El anillo de flotabilidad crea un empuje adicional E2. Se tiene que cumplir siempre que P = El + E2. Figure 1 shows the scheme of applied forces on the invention. The weight of the ballast and of the invention is P. The thrust produced by the stored air is El. The buoyancy ring creates an additional thrust E2. It has to be fulfilled whenever P = El + E2.

El depósito flexible se une con el anillo de flotabilidad a través de un medio de unión, como por ejemplo unos cables. El lastre está solidamente fijado al depósito flexible a través de un medio de fijación. Se consigue así, un control de la flotabilidad y se asegura que la invención opere siempre a la misma profundidad. Esta es la característica fundamental de la invención. The flexible tank joins the buoyancy ring through a connection means, such as cables. The ballast is firmly fixed to the flexible tank through a fixing means. Thus, a buoyancy control is achieved and it is ensured that the invention always operates at the same depth. This is the fundamental characteristic of the invention.

Una vez descritos los elementos y características fundamentales de la invención, se describen a continuación las características adicionales de la invención. Once the fundamental elements and features of the invention have been described, the additional features of the invention are described below.

La invención, durante la operación de vaciado del aire comprimido, conserva la presión inicial en el aire extraído y en el resto del aire almacenado, debido a la presión ejercida sobre las paredes flexibles por el agua. La invención puede ser trasladada hacia la costa y descargada de su aire, mediante un remolcador. Con el propósito de evitar que la invención, en su remolque, ascienda y pierda profundidad, posee unos medios estabilizadores, como por ejemplo unas aletas estabilizadoras. Otro procedimiento de traslado hacia la costa, es dejar la invención a merced de las corrientes marinas favorables y una vez cerca de la costa, un remolcador finaliza el traslado. Para este fin está equipada con un medio de localización, como por ejemplo un GPS y así conocer su posición en tiempo real. The invention, during the operation of emptying the compressed air, preserves the initial pressure in the extracted air and in the rest of the stored air, due to the pressure exerted on the flexible walls by the water. The invention can be moved to the coast and discharged from its air, by a tugboat. In order to prevent the invention, in its trailer, ascends and loses depth, it has stabilizing means, such as stabilizing fins. Another procedure of transfer to the coast, is to leave the invention at the mercy of favorable sea currents and once near the coast, a tugboat ends the transfer. For this purpose it is equipped with a means of location, such as a GPS and thus know its position in real time.

Descripción de los dibujos Description of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization thereof, a set of drawings is accompanied as an integral part of said description. where for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:

Figura 1.-Muestra el esquema de fuerzas aplicadas sobre una posible realización de la invención. Figure 1.- Shows the scheme of applied forces on a possible embodiment of the invention.

Figura 2.-Muestra una representación en perspectiva del sistema de flotabilidad, conducto umbilical y cables de unión de una posible realización de la invención. Figure 2.- Shows a perspective representation of the buoyancy system, umbilical duct and connecting cables of a possible embodiment of the invention.

Figura 3.-Muestra una representación en perspectiva de la bolsa flexible de almacenamiento de aire comprimido, lastre, conducto umbilical y cables de unión de una posible realización de la invención Figure 3.- Shows a perspective representation of the flexible compressed air storage bag, ballast, umbilical duct and connecting cables of a possible embodiment of the invention

Realización preferente de la invención Preferred Embodiment of the Invention

A la vista de las figuras se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención. Se describe a continuación detalladamente los componentes, mostrados en las figuras. In view of the figures, a preferred embodiment of the invention can be observed therein. The components, shown in the figures, are described in detail below.

La realización preferente de la invención consta, como elemento principal, de una bolsa flexible (l) de forma esférica, la cual almacena aire comprimido, sumergida siempre a una determinada profundidad. En la figura 3 está representada la bolsa flexible (1) que está realizada con un tejido ligero y muy resistente pegado a unas cintas flexibles de refuerzo (3) realizadas en materiales sintéticos. The preferred embodiment of the invention consists, as the main element, of a flexible bag (1) of spherical shape, which stores compressed air, always submerged at a certain depth. Figure 3 shows the flexible bag (1) that is made of a light and very resistant fabric attached to flexible reinforcement tapes (3) made of synthetic materials.

La bolsa flexible (1) está lastrada con el anillo de lastre (2) que constituye la estructura soporte a la que se fijan las cintas de refuerzo (3). La profundidad a la que se sumerge la bolsa flexible (1), depende de la presión del aire que almacena en su interior. El anillo de lastre (2) está construido en acero, es hueco y se rellena con arena. Por el conducto umbilical (4), el cual une la parte superior de la bolsa flexible (1) con la conexión de aire comprimido (5) (ver figura 2), se introduce y extrae aire comprimido de la bolsa flexible (1). La conexión de aire comprimido (5) conecta el conducto umbilical (4) con el sistema de llenado de aire comprimido exterior a la realización preferente de la invención. Como indica la figura 2, la conexión de aire comprimido (5) está fijada a la estructura soporte del anillo de flotabilidad (6). El anillo de flotabilidad (6) está constituido por una bolsa flexible de forma toroidal, fabricada en un material flexible y expandible como el caucho sintético. Esta, al hincharse y deshincharse, mediante el aire comprimido que se le suministra del exterior, mediante una derivación con electroválvula alojada en la conexión de aire comprimido (5), compensa la variación de flotabilidad de la bolsa flexible (1) en su operación de carga y descarga de aire comprimido. El conjunto de la bolsa flexible (1) Y el lastre (2) están unidos, mediante los cables (7), al aniJIo de flotabilidad (6). El anillo de flotabilidad (6) está situado cerca de la superficie marina, con el fin de que la presión necesaria para su inflado sea muy baja. consiguiendo un elevado volumen y por lo tanto una elevada flotabilidad. El conducto umbilical (4) tiene en su unión con la bolsa flexible (1) una electroválvula con el fin de cerrar la bolsa flexible (1) y mantener su presión. Existe otra electroválvula en la conexión de aire comprimido (5), con el objeto de cerrar el conducto umbilical (4) y mantener la presión de su interior, ya que éste contiene un gran volumen de aire comprimido debido a su elevada longitud. The flexible bag (1) is ballasted with the ballast ring (2) that constitutes the support structure to which the reinforcement straps (3) are fixed. The depth to which the flexible bag (1) is submerged depends on the pressure of the air stored inside. The ballast ring (2) is made of steel, is hollow and filled with sand. Through the umbilical duct (4), which joins the upper part of the flexible bag (1) with the compressed air connection (5) (see figure 2), compressed air is introduced and extracted from the flexible bag (1). The compressed air connection (5) connects the umbilical duct (4) with the external compressed air filling system to the preferred embodiment of the invention. As indicated in Figure 2, the compressed air connection (5) is fixed to the support structure of the buoyancy ring (6). The buoyancy ring (6) consists of a flexible toroidal bag, made of a flexible and expandable material such as synthetic rubber. This, by swelling and deflating, by means of the compressed air supplied to it from the outside, by means of a bypass with an electrovalve housed in the compressed air connection (5), compensates for the buoyancy variation of the flexible bag (1) in its operation of loading and unloading of compressed air. The flexible bag assembly (1) and the ballast (2) are connected, via the cables (7), to the buoyancy ring (6). The buoyancy ring (6) is located near the sea surface, so that the pressure required for inflation is very low. getting a high volume and therefore a high buoyancy. The umbilical duct (4) has a solenoid valve at its junction with the flexible bag (1) in order to close the flexible bag (1) and maintain its pressure. There is another solenoid valve in the compressed air connection (5), in order to close the umbilical duct (4) and maintain the pressure inside, since it contains a large volume of compressed air due to its high length.

Cuando la bolsa flexible (1) está completamente llena de aire complimido, el sistema extelior de llenado se desconecta del conducto umbilical (4). Esta desconexión se efectúa mediante la conexión de aire comprimido (5). Esta, mediante su sistema de control informático, cierra las electroválvulas de la bolsa flexible (1) Y del conducto umbilical (4). Estas electroválvulas son del tipo "normalmente cerradas", de tal forma que para abrirse necesitan electricidad, que solo les llega cuando la conexión de aire comprimido (5) está conectada. En el proceso de llenado de aire comprimido, se abren las electroválvulas del conducto umbilical (4) y de la bolsa flexible (1). A medida que la bolsa flexible (1) se llena con aire comprimido a la presión adecuada, el anillo de flotabilidad (6) se deshincha en la proporción adecuada, para mantener la profundidad establecida. El proceso de variación de volumen del anillo de flotabilidad (6), es calculado y controlado por el sistema informático según las variaciones de profundidad detectadas por unos sensores de presión, situados en el exterior del anillo de lastre (2). When the flexible bag (1) is completely filled with compressed air, the external filling system is disconnected from the umbilical duct (4). This disconnection is carried out by means of the compressed air connection (5). This, through its computer control system, closes the solenoid valves of the flexible bag (1) and the umbilical duct (4). These solenoid valves are of the "normally closed" type, so that they need electricity to open, which only comes to them when the compressed air connection (5) is connected. In the process of filling compressed air, the solenoid valves of the umbilical duct (4) and the flexible bag (1) are opened. As the flexible bag (1) is filled with compressed air at the appropriate pressure, the buoyancy ring (6) deflates in the proper proportion, to maintain the established depth. The volume variation process of the buoyancy ring (6) is calculated and controlled by the computer system according to the depth variations detected by pressure sensors, located outside the ballast ring (2).

Las bolsas flexibles (1) llenas son vaciadas de aire comprimido de dos maneras: The filled flexible bags (1) are emptied of compressed air in two ways:

En la plimera, un barco con depósitos de aire se amarra al anillo de flotabilidad (6), para a continuación desplegar y conectar su propia tubería flexible con la conexión de aire comprimido (5). A continuación, se conecta al sistema informático de mando de las electroválvulas de cierre de la bolsa flexible (1) y conducto umbilical (4), procediendo a su apertura y vaciado de los mismos. Una vez completado el vaciado, la presión del aire comprimido almacenado en el barco es la misma que la presión original de la bolsa flexible (1). El barco transporta el aire comprimido hacia tierra firme, en donde se utiliza para producir electricidad u otros fines. In the duster, a ship with air tanks is tied to the buoyancy ring (6), then deploys and connects its own flexible pipe with the compressed air connection (5). Then, it is connected to the computer control system of the closing solenoid valves of the flexible bag (1) and umbilical duct (4), proceeding to its opening and emptying thereof. Once the emptying is completed, the pressure of the compressed air stored in the boat is the same as the original pressure of the flexible bag (1). The ship transports compressed air to the mainland, where it is used to produce electricity or other purposes.

En la segunda, un barco remolcador engancha su cable de remolque al anillo de flotabilidad (6), trasladando la realización preferente de la invención, sin que esta pierda profundidad ni presión, hacia estaciones de descarga de aire comprimido, sumergidas a poca profundidad con bolsas de flotabilidad, cerca de la costa. Con el fin de evitar que la bolsa flexible (1) ascienda cuando es remolcada, existen unas aletas estabilizadoras (8) fijadas en el anillo de lastre In the second, a towing boat hooks its tow cable to the buoyancy ring (6), moving the preferred embodiment of the invention, without losing depth or pressure, to compressed air discharge stations, submerged in shallow depth with bags of buoyancy, near the coast. In order to prevent the flexible bag (1) from rising when it is towed, there are stabilizing fins (8) fixed on the ballast ring

(2) que ejercen una fuerza hacia abajo, anulando la fuerza ascensional de remolque. Las estaciones de descarga de aire comprimido están unidas mediante tuberías (sumergidas y/o fijadas en el fondo marino) a la costa, donde el aire comprimido se transforma en electricidad o se utiliza para otros usos. En el caso de que no exista demanda eléctrica, las realizaciones preferentes de la invención se almacenan cerca de la estación de descarga de aire comprimido, hasta el momento en que dicha demanda se restablezca. Si existe una corriente marina favorable, el remolcador sitúa la realización preferente de la invención en la misma, con el fin de que sea arrastrada cerca de la costa. Allí otro remolcador la traslada a la estación de descarga de aire comprimido. Una vez vaciada de aire (mediante el procedimiento desclito antes) y con el anillo de flotabilidad (1) hinchado al máximo, es trasladada mediante un remolcador o por corrientes marinas, a su emplazamiento oliginal o a uno nuevo, manteniendo siempre la misma profundidad. Está equipada con un sistema de localización GPS, con el objeto de conocer en tiempo real su situación. (2) that exert a downward force, canceling the towing upward force. The compressed air discharge stations are connected by pipes (submerged and / or fixed on the seabed) to the coast, where the compressed air is transformed into electricity or used for other uses. In the event that there is no electrical demand, the preferred embodiments of the invention are stored near the compressed air discharge station, until such time as said demand is restored. If there is a favorable marine current, the tugboat places the preferred embodiment of the invention therein, so that it is dragged near the coast. There another tugboat moves her to the compressed air discharge station. Once drained of air (by the procedure described above) and with the buoyancy ring (1) swollen to the maximum, it is moved by a tugboat or by sea currents, to its oliginal location or to a new one, always maintaining the same depth. It is equipped with a GPS tracking system, in order to know your situation in real time.

Claims

l. Flexible tank of underwater compressed air of constant regulated depth, of the type consisting of a

5 flexible container (1) that stores compressed air inside it at a pressure determined by its depth of establishment, characterized by the fact that it maintains its depth of establishment by means of a ballast (2) attached to it, compensating its buoyancy variations in the loading and unloading operations of the compressed air that it stores, by varying the hydrostatic thrust, produced by the variation in volume, in a buoyancy system (6) that is transmitted to it using cables (7).

2. Flexible reservoir of underwater compressed air of constant regulated depth, according to claim 1, characterized in that when it is emptied of compressed air, it maintains the pressure that determines its depth at all times; because it is equipped with stabilizing means (8) in order to maintain its depth when it is towed; and because it is equipped with a locator means in order to meet in

15 real time its operating position and course when it is transported by sea currents.